DE8131958U1 - NIGHT VISION INSTRUMENT - Google Patents
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- DE8131958U1 DE8131958U1 DE19818131958U DE8131958U DE8131958U1 DE 8131958 U1 DE8131958 U1 DE 8131958U1 DE 19818131958 U DE19818131958 U DE 19818131958U DE 8131958 U DE8131958 U DE 8131958U DE 8131958 U1 DE8131958 U1 DE 8131958U1
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- G02B23/12—Telescopes, e.g. binoculars; Periscopes; Instruments for viewing the inside of hollow bodies; Viewfinders; Optical aiming or sighting devices with means for image conversion or intensification
Description
Die Erfindung betrifft eine NachtSichtausrüstung, die am Kopf des Benutzers befestigt ist, und insbesondere Nachtsichtbrillen oder Nachtsicht-Monokulare.The invention relates to night vision equipment, which on Head of the user is attached, and in particular night vision goggles or night vision monoculars.
Mit einer Nachsichtausrüstung ist ein Instrument gemeint, das ein Objekt, welches für das unbewaffnete Auge praktisch unsichtbar ist, in ein sichtbares Bild umwandelt, ohne es jedoch zu vergrößern. Der Hauptbestandteil einer derartigen Nachtsichtausrüstung, die binokular oder monokular sein kann, ist eine Bildwandler- oder Bildverstärkerröhre, die zur Verstärkung einer infraroten oder niedrigpegeligen sichtbaren Lichtstrahlung dient, welche von einem Objekt ausgesandt oder reflektiert wird. Der Bildverstärker umfaßt im wesentlichen eine halbtransparente photoemittierende Kathode an seinem vorderen Ende und einen Phosphorschirm an seinem hinteren Ende, sowie ein dazwischen eingesetztes elektrostatisches Linsensystem. Das Nachtsichtinstrument enthält ferner ein Objektiv, d.h. eine Linse zur Projezierung des zu betrachtenden Bildes auf die photoemittierende Kathode, sowie ein Okular, d.h. ein optisches System zur Betrachtung des verstärkten Bildes. Die Röhre ist in den meisten Instrumenten mit einem Bildumkehrsystem versehen, das grundsätzlich aus einem Bündel sehr dünner lichtleitender Glasfasern besteht, dessen eines Ende dem Phosphorschirm zugewandt ist, während das andere Ende dem Okular zugewandt ist, und wobei das Faserbündel in 180°- Spiralen verdreht ist, so daß das Oberteil und das Unterteil des Bildes umgekehrt werden.Forbearance equipment means an instrument that is an object that is convenient to the naked eye invisible is converted into a visible image without enlarging it. The main ingredient of such Night vision equipment, which can be binocular or monocular, is an image intensifier or image intensifier tube used for amplification an infrared or low-level visible light radiation, which is emitted by an object or is reflected. The image intensifier essentially includes a semi-transparent photo-emissive cathode on it front end and a phosphor screen at its rear end, and an electrostatic one interposed therebetween Lens system. The night vision instrument also includes an objective, i.e. a lens for projecting what is to be viewed Image onto the photo-emitting cathode, as well as an eyepiece, i.e. an optical system for viewing the intensified image. In most instruments, the tube is provided with an image reversal system, which basically consists of a very large bundle consists of thin light-conducting glass fibers, one end of which faces the phosphor screen, while the other end facing the eyepiece, and wherein the fiber bundle is twisted in 180 ° spirals, so that the upper part and the lower part of the image can be reversed.
Das Instrument ist vorteilhafterweise fest am Kopf des Trägers angebracht, so daß die Hände frei gebraucht werden können. Eine binokulare Betrachtung ist bevorzugt, da sie die Intensität der Wahrnehmung erhöht und es dem Träger gestattet, den Abstand des betrachteten Objektes abzuschätzen. Die bekannten Instrumente haben jedoch gewisse Nachteile, die nachfolgend mit Bezug auf die schematische ZeichnungThe instrument is advantageously fixed to the wearer's head attached so that the hands can be used freely. Binocular viewing is preferred as it increases the intensity of the perception and allows the wearer to estimate the distance of the viewed object. However, the known instruments have certain disadvantages, which are described below with reference to the schematic drawing
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eines herkömmlichen Instruments in der Fig. 1 erläutert werden.of a conventional instrument will be explained in FIG.
Gemäß der Fig. 1 besteht jeder der beiden parallelen Sichtpfade aus einem Objektiv 1, 11, einer Bildwandlerröhre 2, 2' und einem Okular 3, 31. Die Bildwandlerröhre umfaßt eine photoemittierende Kathode 21, die dem Objekt zugewandt ist, einen Phosphorschirm 22 am hinteren Ende und ein dazwischen eingesetztes elektrostatisches Linsensystem. Ein Bildumkehrsystem 24 ist hinten am Phosphorschirm befestigt und erzeugt an seinem dem Okular zugewandten Ende 25 ein aufrechtstehendes Bild. According to FIG. 1, each of the two parallel paths view of a lens 1, 1 1, an image intensifier tube 2, 2 'and an eyepiece 3, 3 1. The imaging tube includes a photo-emitting cathode 21 facing the object, a phosphor screen 22 at the rear end, and an electrostatic lens system interposed therebetween. An image reversal system 24 is attached to the rear of the phosphor screen and generates an upright image at its end 25 facing the eyepiece.
Die von dem betrachteten Objekt ausgehenden Strahlen werden durch das Objektiv auf die Photokathode 21 projiziert. Die Lichtenergie wird verstärkt und es wird ein sichtbares Bild auf dem Phosphorschirm 22 erzeugt und durch das Glasfasersystem 24 umgekehrt, so daß es in der korrekten aufrechtstehenden Position an der hinteren Endfläche des Instruments erscheint. Das Bild wird dann durch das Okular 3 durch die Augenlinse auf die Retina projiziert. Die beiden das Binokular bildenden Betrachtungspfade sind von verhältnismäßig großer Länge, die zur Aufnahme der Bauteile erforderlich ist. Das Objektiv ist daher von der Augenlinse weit entfernt. Dementsprechend fallen die vom betrachteten Objekt am Objektiv eintreffenden Lichtstrahlen nicht mit den Lichtstrahlen zusammen, welche die Augenlinse vom Phosphor schirm über das Okular erreichen, sondern bilden ein Bild des Objektes, das etwas unteschiedlich von demjenigen ist, das vom unbewaffneten Auge gesehen würde. Das Auge wird dadurch hinsichtlich der Position des Objektes und seiner Entfernung vom Beobachter getäuscht. Wenn daher der Beobachter seinen Kopf dreht, um die gesamte Fläche vor sich zu sehen, erzeugt der große Abstand zwischen dem Objektiv und dem Okular jedesmal gewisse Diskrepanzen zwischen seinerThe rays emanating from the observed object are projected onto the photocathode 21 through the objective. The light energy is amplified and a visible image is created on the phosphor screen 22 and through the fiber optic system 24 reversed so that it is in the correct upright position on the rear end face of the instrument appears. The image is then projected onto the retina through the eyepiece 3 through the eye lens. The two The viewing paths forming the binocular are of relatively great length, which are required to accommodate the components is. The objective is therefore far removed from the lens of the eye. Accordingly, those of the considered fall The light rays entering the object at the lens do not coincide with the light rays which the eye lens receives from the phosphor Reach the screen through the eyepiece, but rather form an image of the object that is slightly different from that of the object that would be seen by the naked eye. The eye is thereby in terms of the position of the object and deceived by its distance from the observer. Therefore, when the observer turns his head, around the entire surface in front of him the large distance between the objective and the eyepiece creates certain discrepancies between its each time
Wahrnehmung des Objektes und seiner Schätzung des relativen Abstandes von ihm. Die Winkelbewegung des Kopfes schwingt die Augen etwa um einen Mittelpunkt M, der mit der Achse der Zervikal-Vertebrae zusammenfällt, die hinter dem Gesicht und den Augen angeordnet sind. Das Gesichtsfeld wird während des normalen Sehens ohne Sehhilfe über gewöhnliche Brillen hinaus auf die Retina ohne jede Abweichung projiziert, und zwar bestimmt durch die Position der Pupillen und der Augenlinsen. Die korrekte räumliche Wahrnehmung in statischen und dynamischen Feldern wird daher nur durch die Bewegung des Kopfes und der Augäpfel bestimmt und die räumliche Orientierung ist eine Funktion dieser Bewegungen und er sogenannten Bewegungsparallaxe, die durch den Abstand zwischen der Rotationsachse des Kopfes (M) und jedem Auge (a in der Fig. 1) bestimmt ist.Perception of the object and its estimate of the relative distance from it. The angular movement of the head swings the eyes roughly around a center point M, which coincides with the axis of the cervical vertebrae, that behind the face and the eyes are arranged. The field of view becomes above ordinary during normal vision without visual aids Glasses projected out onto the retina without any deviation, determined by the position of the pupils and the Eye lenses. The correct spatial perception in static and dynamic fields is therefore only possible through movement of the head and the eyeballs and the spatial orientation is a function of these movements and he so-called Movement parallax determined by the distance between the axis of rotation of the head (M) and each eye (a in the Fig. 1) is determined.
Wenn eine Sehhilfe in Gestalt eines Binokulars beispielsweise am Kopf befestigt ist, werden die relativen Abctände geändert und es ergeben sich Veränderungen in der Eigenwahrnehmung der die Binokulare tragenden Person, und zwar aus dem Hauptgrund, daß eine Winkelbewegung des Kopfes über einen gegebenen Winkel bewirkt, daß sich das Abbild der Umgebung schneller über die Retina bewegt, als ohne Sehhilfe. Dieses Problem führt schließlich zu Kopfschmerzen, Benommenheit, visueller Ermüdung und anderen nervösen Störungen, da der Körper nicht in der gewöhnlichen Weise auf die vom Gehirn empfangenen visuellen Eindrücke reagieren kann.If a visual aid in the form of a binocular is attached to the head, for example, the relative distances are changed and there are changes in the self-perception of the person wearing the binoculars, namely from the main reason that an angular movement of the head through a given angle causes the image of the surroundings moves faster across the retina than without visual aid. This problem eventually leads to headache, drowsiness, visual fatigue and other nervous disorders as the body does not respond in the usual way to that of the brain can react to the visual impressions received.
Es ist daher ein Ziel der Erfindung, eine Nachtsichtausrüstung zu schaffen, die nicht bewirken sollte, daß die Richtung der von einem Objekt ausgesandten und auf das Objektiv der Ausrüstung fallenden Lichtbündel mit der Richtung der Bündel zusamenfällt, die durch das Okular zur Pupille und der Augenlinse des Beobachters hindurchgeht, wenn keine Nachtsicht-Ausrüstung getragen wird.It is therefore an object of the invention to provide night vision equipment that should not cause the direction of the sent from an object and towards the Lens of the equipment falling light beam coincides with the direction of the beam passing through the eyepiece to the pupil and the eye lens of the observer when night vision equipment is not worn.
Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, eine Nachtsichtausrüstung zu schaffen, die in sehr leichter Konstruktion hergestellt werden kann, so daß verhindert wird, daß der Träger unnötig belastet und ermüdet wird.Another object of the invention is to provide night vision equipment to create which can be manufactured in a very lightweight construction so that it is prevented that the wearer is unnecessarily burdened and tired.
Gemäß der Erfindung besteht ein Nachtsichtgerät, welches zur Darstellung eines 1 : 1-Abbildes eines andernfalls kaum sichtbaren Objektes bei Durchsicht ausgebildet ist, aus einem Objektiv, einer Bildverstärker- oder Wandlerröhre bekannter Bauart, einem Okular," einem ebenen Eingangsspiegel und optischen Einrichtungen zur überführung des Bildes von dem Phosphorschirm der Röhre zum Okular; im Gegensatz und Unterschied zu herkömmlichen Instrumenten zeichnet sich das erfindungsgemäße Instrument jedoch durch die räumliche Anordnung dieser Komponenten aus, wodurch das Objektiv und der Bildwandler koaxial im Abstand zueinander mit ihrer gemeinsamen Achse im rechten Winkel zur Achse des Okulars in einem vorbestimmten Abstand vom Schnittpunkt dieser Achsen angeordnet sind, ferner der Eingangsspiegel seinerseits nahe des Vorderteils des Okulars angeordnet ist, wobei sein optischer Mittelpunkt auf der Okularachse liegt und seine Oberfläche bezüglich dieser Achse in einem Winkel von 45 geneigt ist, so daß er die von dem betrachteten Objekt einfallenden Strahlen durch das Objektiv auf die Photokathode der Bildwandlerröhre lenkt. Das erfindungsgemäße Instrument zeichnet sich ferner dadurch aus, daß der Abstand zwischen dem optischen Mittelpunkt des Hauptspiegels und der Augenpupille des Beobachters gleich dem Abstand zwischen dem Spiegelmittelpunkt und dem optischen Mittelpunkt des Objektivs ist, sowie ferner durch die Tatsache, daß die optische Einrichtung zur überführung des Bildes vom Phosphorschirm der Röhre durch das Okular derart dimensioniert ist, daß das Bild in dem Auge unter dem gleichen Sehwinkel erscheint, als würde es aus der gleichen Entfernung von einem unbewaffneten Auge betrachtet. Es ist anzumerken, daß ein Phosphor-According to the invention, there is a night vision device which is hardly capable of displaying a 1: 1 image of an otherwise visible object is formed when looking through, from an objective, an image intensifier or converter tube known design, an eyepiece, "a flat input mirror and optical devices for transferring the Image from the phosphor screen of the tube to the eyepiece; in contrast to and different from conventional instruments However, the instrument according to the invention is characterized by the spatial arrangement of these components, whereby the objective and the imager coaxially spaced with their common axis at right angles to the axis of the eyepiece are arranged at a predetermined distance from the intersection of these axes, and the entrance mirror in turn close of the front part of the eyepiece is arranged, wherein its optical center lies on the eyepiece axis and its surface is inclined with respect to this axis at an angle of 45, so that it is incident from the object under consideration Directs rays through the lens onto the photocathode of the image converter tube. The instrument according to the invention is further characterized in that the distance between the optical center point of the main mirror and the pupil of the eye of the observer is equal to the distance between the center of the mirror and the optical center of the objective is, and also by the fact that the optical device for transferring the image from the phosphor screen of The tube through the eyepiece is dimensioned in such a way that the image appears in the eye at the same viewing angle, as if it were viewed from the same distance by an unarmed eye. It should be noted that a phosphorus
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schirm eine Vorrichtung zur Umwandlung von Elektronenstrahlen, die auf seine hintere Fläche auftreffen, in ein an seiner "Okular"-Stirnfläche erscheinendes sichtbares Bild,ist.shield a device for converting electron beams that strike its rear surface into a visible image appearing on its "eyepiece" face.
Das auf dem Phosphorschirm erscheinende Bild kann durch eine Vielfalt von bekannten optischen Einrichtungen in das Auge projiziert werden: Eine dieser Einrichtungen besteht aus einem Bündel dünner Lichtleitfasern aus Glas oder einem anderen transparenten Material, das zwischen dem Phosphorschirm und dem Okular angeordnet ist. Eine bevorzugte Ausführung umfaßt ein Spiegelsystem aus fünf ebenen Spiegeln zusätzlich zu dem Eingangsspiegel, von denen alle mit 45° zur Achse des Okulars sowie zur Achse des Bildwandlers geneigt sind, wobei ein erster Ablenkspiegel hinter dem Eingangsspiegel positioniert ist, der dem Okular zugewandt ist, und mit seiner Oberfläche parallel zur Oberfläche des Hauptspiegels liegt. Ein rechteckiger optischer Pfad, der aus einer Gruppe von vier Spiegeln besteht, von denen jeder im rechten Winkel zum Spiegel an der benachbarten Ecke des Rechtecks steht, projiziert das auf dem Phosphorschirm erscheinende Bild auf den ersten Spiegel, in dem er das Licht durch vier rechte Winkel reflektiert. Eine symmetrische bikonvexe Linse ist zwischen zwei benachtbarten Spiegeln positioniert, um das Bild umzukehren, so daß es dem Auge in einer aufrechten (d.h. mit der Oberseite oben erscheinenden) Position erscheint. Die Linse ist nicht erforderlich, wenn der Bildwandler mit einem Glasfaser-Umkehrsystem versehen ist, wenn sie jedoch vorgesehen ist, hilft sie bei der Führung der Strahlen im erforderlichen Sehwinkel.The image appearing on the phosphor screen can be converted into the Projected eye: One of these devices consists of a bundle of thin optical fibers made of glass or a other transparent material placed between the phosphor screen and the eyepiece. A preferred embodiment includes a mirror system of five plane mirrors in addition to the entrance mirror, all of which are 45 ° are inclined to the axis of the eyepiece and to the axis of the image converter, with a first deflecting mirror behind the input mirror is positioned facing the eyepiece, and with its surface parallel to the surface of the Main mirror lies. A rectangular optical path made up of a group of four mirrors, each of which is at right angles to the mirror at the adjacent corner of the rectangle, projects what appears on the phosphor screen Image on the first mirror, in which it reflects the light through four right angles. A symmetrical biconvex Lens is positioned between two adjacent mirrors to invert the image so that it is in the eye appears in an upright (i.e. upside-down) position. The lens isn't needed, though the imager is provided with a fiber optic reversing system, but when provided it helps guide of the rays at the required viewing angle.
Anstelle der vier Spiegel können auch zwei rechtwinkelige doppelt reflektierende Prismen vorgesehen werden; da jedoch niedriges Gewicht von äußerster Wichtigkeit ist, werden Spiegel bevorzugt verwendet, da sie insgesamt weniger wiegen als Prismen.Instead of the four mirrors, two right-angled double-reflecting prisms can also be provided; However, since As light weight is of the utmost importance, mirrors are preferred because they weigh less overall as prisms.
Die Erfinduuj wird im folgenden beispielsweise unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert; es zeigt:The invention is referred to below, for example explained in more detail on the drawing; it shows:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer herkömmlichen Nachtsicht-Einrichtung;1 shows a schematic representation of a conventional night vision device;
Fig. 2 eine schematische Anordnung einer Ausführung eines Infrarot-Sichtgeräts;Fig. 2 is a schematic arrangement of an embodiment of an infrared viewing device;
Fig. 3 eine Schnittansicht durch eine weitere Ausführung eines Infrarot-Sichtgeräts; und3 shows a sectional view through a further embodiment an infrared viewing device; and
Fig. 4 einen Schnitt entlang der Linie A-B-C-D der Fig. 3.FIG. 4 shows a section along the line A-B-C-D in FIG. 3.
Die Fig. 2 zeigt eine schematische Anordnung einer Ausführung eines Infrarot-Sichtgeräts, das eine Hälfte eines Binokulars bilden kann oder als monokulares Instrument verwendet werden kann. Das Instrument umfaßt einen Infrarot-Bildwandler oder Niedrigpegel-Lichtverstärker 2, welcher im rechten Winkel zur Betrachtungsachse des Instruments angeordnet ist, die durch die Achse eines Okulars 33 definiert ist, sowie in einem vorbestimmten Abstand hiervon, der nachstehend näher definiert wird. Der Bildwandler besteht aus einer photoemittierenden Kathode 21 an der Vorderseite, einem Phosphorschirm 22 im hinteren Teil und einem elektrostatischen Linsensystem zwischen diesen Teilen, das zur Umwandlung einer auf die Kathode projizierten nahezu unsichtbaren Abbildung in ein auf dem Phosphorschirm erscheinendes sichtbares Bild dient. Im Gegensatz zur herkömmlichen Anordnung des in der Fig. 1 gezeigten Bildwandlers ist kein Umkehrsystem 24 bei der erfindungsgemäßen Ausführung vorgesehen, und zwar aus Gründen, die nachstehend erläutert werden. Eine Objektivlinse 32 ist vor der Photokathode koaxial zu dieser und in einem verhältnis-Fig. 2 shows a schematic arrangement of an embodiment of an infrared viewing device, which is one half of a Can form a binocular or can be used as a monocular instrument. The instrument includes an infrared imager or low level light amplifier 2 which is at right angles to the viewing axis of the instrument is arranged, which is defined by the axis of an eyepiece 33, and at a predetermined distance therefrom, which is defined in more detail below. The image converter consists of a photo-emitting cathode 21 on the front, a phosphor screen 22 in the rear part and an electrostatic lens system between these parts, that for converting an almost invisible image projected onto the cathode into one that appears on the phosphor screen visible image is used. In contrast to the conventional arrangement of the image converter shown in FIG is not a reversing system 24 in the inventive Execution provided for reasons explained below. An objective lens 32 is in front of the Photocathode coaxial to this and in a proportion-
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mäßig geringen Abstand davon angeordnet. Die von einem Objekt 0 abgegebenen Strahlen werden von einem flachen Eingangsspiegel 31 in das Objektiv 32 reflektiert. Der Spiegel ist zentral in der Betrachtungsachse des Instruments angeordnet und zu dieser mit einem Winkel von 45° geneigt. Die geometrische Anordnung des Objektivs und des Hauptspiegels zeichnet sich dadurch aus, daß das Zentrum des Eingangsspiegels äquidistant sowohl zum optischen Zentrum des Objektivs als auch zur Augenlinse 41 ist, wobei dieser Abstand mit dem Bezugszeichen "D" bezeichnet ist. Die Vorderseite des Spiegels 31 ist zur Bildung einer Spiegelfläche 35 geformt, die parallel zur vorderen Oberfläche ist und ebenfalls auf der Betrachtungsachse zentriert ist, jedoch dem Okular 33 gegenübersteht. Das auf dem Phosphorschirm 22 erscheinende sichtbare Bild wird mittels vier flacher Spiegel 51, 52, 53, 54 und des Spiegels 35 in das Okular 33 projiziert, wobei jeder der vier Spiegel in einem Winkel von 45° zur Betrachtungsachse steht und in einem Winkel von 90° zu jedem der beiden angrenzenden bzw. benachbarten Spiegel. Diese Spiegel besetzen daher die vier Ecken eines Rechtecks. Das Bild wird durch eine zwischen den Spiegeln 52 und 53 positionierte Linse 56 in die aufrechte Position umgekehrt.moderately small distance from it. The rays emitted by an object 0 are emitted by a flat one Input mirror 31 is reflected in the lens 32. The mirror is centrally located in the viewing axis of the instrument arranged and inclined to this at an angle of 45 °. The geometric arrangement of the lens and the The main mirror is characterized by the fact that the center of the input mirror is equidistant from both the optical center of the objective as well as to the eye lens 41, this distance being denoted by the reference symbol "D". The front of the mirror 31 is shaped to form a mirror surface 35 that is parallel to the front surface and is also centered on the viewing axis, but faces the eyepiece 33. That on the phosphor screen 22 is shown by means of four flat mirrors 51, 52, 53, 54 and the mirror 35 in the Projected eyepiece 33, each of the four mirrors being at an angle of 45 ° to the viewing axis and at an angle of 90 ° to each of the two adjoining or neighboring mirrors. These mirrors therefore occupy the four corners of a rectangle. The image is raised to the upright position by a lens 56 positioned between mirrors 52 and 53 vice versa.
Eine Sichtblende 61 ist in der Ebene des Zwischenbildes vor dem Okular angeordnet dargestellt, sie ist jedoch wahlweise vorgesehen und kann auch weggelassen werden.A screen 61 is shown arranged in the plane of the intermediate image in front of the eyepiece, but it is optional provided and can also be omitted.
Das Okular, dessen Brennpunkt in der Ebene der Blende liegt, projiziert das Bild durch die Augenlinse 41 in das Auge hinein und auf die Retina 42. Bei Verfolgung der Lichtstrahlen ist erkennbar, daß der Sehwinkel θ mit welchem das Objekt 0 durch das Objektiv 32 empfangen wird, identisch ist mit dem Sehwinkel Θ1, mit welchem das Bild des Objektes in die Augenlinse eintritt. Die Gesamtgeometrie des optischenThe eyepiece, the focal point of which lies in the plane of the diaphragm, projects the image through the eye lens 41 into the eye and onto the retina 42. When the light rays are traced, it can be seen that the viewing angle θ with which the object O is received by the objective 32 is identical to the viewing angle Θ 1 with which the image of the object enters the lens of the eye. The overall geometry of the optical
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Systems ist derart gestaltet, daß das betrachtete Objekt 0 mit dem gleichen Sehwinkel in das Auge projiziert wird, als würde es mit dem unbewaffneten Auge aus der gleichen Entfernung betrachtet werden. Bei der dargestellten Ausführungsform hat das auf der Sichtblende (falls vorgesehen) erscheinende Zwischenbild die gleiche Größe wie die auf dem Phosphorschirm 22 der Röhre erscheinende Größe. Dies wird dadurch erreicht, daß die Linse 56 genau in der Mitte zwischen der Ebene des Phosphorschirms 22 und der Ebene des auf der Blende 61 erscheinenden" Zwischenbildes angeordnet wird. Der Abstand zwischen der Wandler- oder Verstärkerröhre und der Objektivlinse 32 ist durch den maximalen Sehwinkel gegeben, der von der Photokathode 21 empfangen werden kann. Die Vergrößerung des Okulars ist derart gewählt, daß das Objekt 0 im gleichen Winkel θ reproduziert wird, in dem es mit dem unbewaffneten Auge erscheinen würde.The system is designed in such a way that the observed object 0 is projected into the eye with the same viewing angle, as if viewed with the naked eye from the same distance. In the illustrated embodiment the intermediate image that appears on the screen (if provided) is the same size as that on the Phosphor screen 22 of the tube appearing size. This is achieved by having the lens 56 exactly in the middle between the plane of the phosphor screen 22 and the plane of the "intermediate image appearing on the diaphragm 61" will. The distance between the transducer or intensifier tube and the objective lens 32 is determined by the maximum viewing angle which can be received by the photocathode 21. The magnification of the eyepiece is chosen so that the Object 0 is reproduced at the same angle θ at which it would appear to the naked eye.
Die Fig. 3 und 4 stellen ein entsprechend dem Diagramm der Fig. 2 gebautes Instrument dar, wobei jedoch der optische Pfad von der Vorderfläche des Eingangsspiegels durch den Bildverstärker zur Vorderseite des Eingangsspiegels in einer vertikalen Ebene liegt, die sich senkrecht zum Pfad zwischen dem betrachteten Objekt und dem Auge erstreckt, um das Instrument kompakter zu gestalten.3 and 4 show an instrument built according to the diagram of FIG. 2, but with the optical Path from the front surface of the input mirror through the image intensifier to the front of the input mirror in one vertical plane that extends perpendicular to the path between the viewed object and the eye around the instrument make it more compact.
Zur Erleichterung des Verständnisses dieser Ausführungsform der Erfindung werden gleiche Bezugszeichen für Teile verwendet, die sich im Diagramm der Fig. 2 und in den Fig. 3 und 4 gezeigten tatsächlichen Instrument in entsprechender Weise vorfinden. Das Instrument, das eine Hälfte eines binokularen Sichtgeräts darstellt, umfaßt ein Außengehäuse, das aus zwei im wesentlichen flachen Seiten 6O und 61 und einer ümfangsabdeckung 63 mit unregelmäßig hexagonalem Querschnitt besteht. Die flache Seite 61 ist mit einer zylindrischen Sichtöffnung 64 versehen, die durch eine Glasplatte 65 verschlossenTo facilitate understanding of this embodiment According to the invention, the same reference numerals are used for parts which are in the diagram of FIG. 2 and in FIGS. 3 and 4 can be found in a corresponding manner. The instrument that is one half of a binocular Viewing device, comprises an outer housing, which consists of two substantially flat sides 6O and 61 and one There is circumferential cover 63 with an irregular hexagonal cross-section. The flat side 61 is with a cylindrical viewing port 64, which are closed by a glass plate 65
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ist. Die flache Seite 60 ist mit einer zylindrischen Okularmontage 66 ausgestattet, die im wesentlichen der Sichtöffnung gegenübersteht. Die optischen Bauteile sind innerhalb des Gehäuses angeordnet, damit jedoch jedes Bauteil klar und behindert sichtbar ist, wurden fast alle Befestigungsmittel in der Zeichnung weggelassen, es wurden also nur die Bauteile selbst gezeigt.is. The flat side 60 is equipped with a cylindrical eyepiece assembly 66, which is essentially the Facing the viewing opening. The optical components are arranged inside the housing, but so are each component Clearly and obstructedly visible, almost all fasteners were used omitted in the drawing, so only the components themselves have been shown.
Wenn man dem Licht von dem betrachteten Objekt folgt, das durch die Glasplatte 65 in das Gehäuse eintritt, sind die Bauteile in der folgenden Reihenfolge angeordnet: Das in das Instrument bei "a" eintretende Licht wird in Richtung nach unten in eine Objektivlinse 32 abgelenkt, und zwar durch die vordere Oberfläche eines Eingangsspiegels 31, der in einem Winkel von 45° zur Ebene des Gehäuses geneigt ist. Das aus dem Objektiv austretende Licht wird durch ein Prisma 70 und eine bikonvexe Linse 71 in einen Bildwandler oder -verstärker 2 gelenkt. Das auf dem Phosphorschirm 22 des Konverters erscheinende verstärkte Bild wird durch einen Spiegel 51, der im Winkel von 45° zur Achse des Bildwandlers angeordnet ist, in vertikaler Aufwärtsrichtung durch eine Umkehrlinse 56 in ein Doppelprisma 72 gestrahlt. Dieses Prisma kehrt den Lichtdurchgang um 180° um und projiziert das Licht in eine erste Okularlinse 33a und von dieser zu einer zweiten Okularlinse 33b, indem es mittels eines rechtwinkeligen Prismas 73 um einen rechten Winkel abgelenkt wird. Durch das Okular tritt das Licht in die Pupille 41 des Betrachterauges ein. Die Fokussierung des Bildes wird durch Veränderung der axialen Position der Umkehrlinse 56 herbeigeführt.If one follows the light from the viewed object entering the housing through the glass plate 65, they are Components arranged in the following order: The light entering the instrument at "a" is in direction deflected downward into an objective lens 32 by the front surface of an input mirror 31 which is in a Is inclined at an angle of 45 ° to the plane of the housing. The light emerging from the lens is passed through a prism 70 and a biconvex lens 71 directed into an image converter or intensifier 2. The on the phosphor screen 22 of the The image converter appearing is enhanced by a mirror 51 which is at an angle of 45 ° to the axis of the image converter is arranged, radiated in the vertical upward direction through an erecting lens 56 into a double prism 72. This Prism reverses the passage of light by 180 ° and projects the light into a first ocular lens 33a and from this to a second ocular lens 33b by means of a right-angled Prism 73 is deflected by a right angle. The light enters the pupil 41 through the eyepiece of the beholder's eye. The image is focused by changing the axial position of the erecting lens 56 brought about.
Der Pfad des durch das Sichtgerät hindurchtretenden Lichtes ist im Prinzip identisch mit dem in der Fig. 2 gezeigten und mit Bezug darauf beschriebenen; während jedoch der Lichtpfad in dem Diagramm in einer horizontalen Ebene liegt, liegt der Lichtpfad in dem optischen Instru-The path of light passing through the vision device is in principle identical to that shown in FIG. 2 and described with reference thereto; while however the light path in the diagram lies in a horizontal plane, the light path in the optical instru-
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ment der Fig. 3 und 4 in einer vertikalen Ebene, die zur Betrachtungsachse senkrecht steht. Die Vorteile sind offensichtlich, da die axiale Abmessung des Instruments verhältnismäßig gering ist und die Lichtstrahlen sich an keiner Stelle überkreuzen, wie es bei der theoretischen Anordnung des Diagramms der Fall ist.3 and 4 in a vertical plane which is perpendicular to the viewing axis. The benefits are obvious since the axial dimension of the instrument is relatively small and the light rays do not reach any Cross over the positions, as is the case with the theoretical arrangement of the diagram.
Eine große Anzahl von Abweichungen ist möglich, um das gleiche Ziel zu erreichen: Abhängig von der Größe der photoemittierenden Kathode und des Phosphorschirms kann die Größe des Zwischenbildes vergrößert oder vermindert werden, indem die Linse 56 an einem geeigneten Abstand zwischen den Spiegeln 52 und 53 positioniert wird. Andererseits hängt die Größe des Zwischenbildes von der Vergrößerung des Okulars ab, so daß eine endlose Zahl von Parametervariationen möglich sind. Zur Schaffung eines bequemen Instrumentes geringen Gewichts ist es natürlich unbedingt notwendig, den Abstand zwischen den verschiedenen Bauteilen auf ein Minimum zu bringen, ohne jedoch die Intensität und die Klarheit des Bildes zu vermindern. Der Abstand D zwischen dem Hauptspiegel 31 und der Augenlinse sollte daher so klein wie es die Länge des Okulars gestattet, gehalten werden. Andererseits sollte die Öffnung der photoemittierenden Kathode von ausreichender Größe sein, um ein Maximum an Lichtenergie aufzunehmen. Dieses Erfordernis bestimmt den Abstand zwischen der Linse 32 und der photoemittierenden Kathode f während der Abstand D durch die Größe und die optischen Eigenschaften des Okulars bestimmt wird.A large number of deviations are possible to achieve the same goal: depending on the size of the photo-emitting cathode and the phosphor screen, the size of the intermediate image can be increased or decreased by positioning the lens 56 at a suitable distance between the mirrors 52 and 53 will. On the other hand, the size of the intermediate image depends on the magnification of the eyepiece, so that an endless number of parameter variations are possible. In order to create a comfortable, light-weight instrument, it is of course absolutely necessary to keep the distance between the various components to a minimum, without, however, reducing the intensity and the clarity of the image. The distance D between the main mirror 31 and the eye lens should therefore be kept as small as the length of the eyepiece allows. On the other hand, the opening of the photo-emitting cathode should be of sufficient size to receive a maximum of light energy. This requirement determines the distance between the lens 32 and the photo-emitting cathode f, while the distance D is determined by the size and the optical properties of the eyepiece.
Die gleichen Betrachtungen gelten für die Verwendung von Prismen anstelle von Spiegeln. Wenn Glasfasern zum Transport des Bildes von dem Phosphorschirm zu einer mit dem Brennpunkt des Okulars zusammenfallenden Ebene vor dem Okular verwendet werden, ist es klar, daß die Größe desThe same considerations apply to the use of prisms instead of mirrors. When fiber optics for transportation of the image from the phosphor screen to a plane coinciding with the focal point of the eyepiece in front of the Eyepiece is used, it is clear that the size of the
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Bildes unverändert bleibt und daß das Okular derart gestaltet werden muß, daß das Objekt O unter dem korrekten Winkel θ in das Auge projiziert wird.Image remains unchanged and that the eyepiece must be designed in such a way that the object O under the correct Angle θ is projected into the eye.
Vorstehend wurde ein Bildwandler beschrieben, der aus einer photoemittierenden Kathode an seinem vorderen Ende und einem Phosphorschirm an seinem hinteren Ende besteht, wobei ein elektrostatisches Linsensystem zwischen die beiden Elemente eingesetzt ist. Natürlich kann auch dieser Bildwandler verschiedenen Abänderungen entsprechend dom Fortschritt des Standes der Technik unterworfen werden: Beispielsweise kann das elektrostatische Linsensystem durch eine Mikrokanalplatte bekannter Gestaltung ersetzt werden.An image converter has been described above, which is composed of a photo-emitting cathode at its front end and a There is a phosphor screen at its rear end, with an electrostatic lens system between the two elements is used. Of course, this image converter can also be modified in various ways according to the progress of the Prior art can be subjected: For example, the electrostatic lens system can be through a microchannel plate known design can be replaced.
Es können auch andere Einrichtungen zur Umwandlung und/oder Verstärkung des Bildes verwendet werden, wie eine Vidikonkameraröhre, ladungsgekoppelte Bauelemente oder andere bekannte Systeme der Abbildungsebenen-Technologie.Other means of converting and / or enhancing the image can also be used, such as a vidicon camera tube, charge coupled devices or other known systems of imaging plane technology.
Das Bild kann auch durch elektronische Vorrichtungen verarbeitet werden, und zwar hinsichtlich der Verstärkung von Kontrasten, der Verminderung des Rauschens und der Hinzufügung von alphanumerischen Informationen und Symbolen. Mit diesen Vorrichtungen wird das verarbeitete Bild auf einen Phosphorschirm einer Kathodenstrahlröhre überführt und in die Augen des Betrachters mittels der vorstehend beschriebenen Bauteile des Instrumentes projiziert.The image can also be processed by electronic devices with a view to amplifying Contrasts, the reduction of noise and the addition of alphanumeric information and symbols. With These devices, the processed image is transferred to a phosphor screen of a cathode ray tube and in projected the eyes of the viewer by means of the above-described components of the instrument.
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Zusammenfassung:Summary:
Ein Nachtsichtinstrument zur Darstellung eines 1:1-Bildes umfaßt ein Objektiv, eine Bildverstärker- oder Wandlerröhre, ein Okular, einen ebenen doppelseitigen Eingangsspiegel und ein optisches System, das zur Überführung des auf dem Phosphorschirm im Verstärker erscheinenden Bildes zu dem Okular. Die Okularachse ist mit dem betrachteten Objekt ausgerichtet, während das Objektiv und der Verstärker mit ihrer Achse im rechten Winkel zur Betrachtungsachse angeordnet sind. Der Eingangsspiegel ist vor dem Okular mit einer Neigung von 45° zu dessen Achse und zur Achse des Objektivs angeordnet, so daß er die von dem betrachteten Objekt empfangenen Lichtstrahlen durch das Objektiv auf die Kathode des Verstärkers lenkt. Das auf dem Phosphorschirm erscheinende verstärkte Bild wird mit einem einzelnen Prisma, einem geneigten Spiegel, einem Doppelprisma und einem optischen Linsensystem zur Rückseite des Eingängsspiegels gelenkt. Die Rückseite des Eingangsspiegels projiziert das Bild durch das Okular in das Auge des Beobachters. Die Geometrie des Instruments ist dadurch ausgezeichnet, daß das Bild des Objekts in dem Auge unter dem gleichen Sehwinkel erscheint, als wäre es aus der gleichen Entfernung von einem unbewaffneten Auge beobachtet, was dadurch erreicht wird, daß der Abstand zwischen dem optischen Mittelpunkt des Eingangsspiegels und der Augenlinse gleich dem Abstand zwischen dem Spiegelmittelpunkt und dem optischen Mittelpunkt des Objektivs gemacht wird und daß das optische System entsprechend gestaltet wird.A night vision instrument for displaying a 1: 1 image includes a lens, an image intensifier or transducer tube, an eyepiece, a planar double-sided input mirror and an optical system that is used to transfer the image appearing on the phosphor screen in the amplifier to the eyepiece. The axis of the eyepiece is aligned with the object being viewed, while the objective and amplifier are aligned with their axis im are arranged at right angles to the viewing axis. The entrance mirror is in front of the eyepiece with an inclination of 45 ° to its axis and to the axis of the lens, so that it receives the light rays from the viewed object through the lens to the cathode of the amplifier. The one appearing on the phosphor screen intensified Image is made with a single prism, an inclined mirror, a double prism and an optical lens system directed to the rear of the entrance mirror. The back of the entrance mirror projects the image through the eyepiece in the eye of the observer. The geometry of the instrument is characterized in that the image of the object in the Eye under the same viewing angle appears as if it were the same distance from an unarmed eye observed what is achieved by the distance between the optical center of the input mirror and the Eye lens is made equal to the distance between the mirror center point and the optical center point of the lens and that the optical system is designed accordingly.
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